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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2017 Vol.18 No.3 P.163-244
New technology
Report: Soft magnetic composites with enhanced performance and their key production technologies
Mi Yan, Chen Wu
DOI: 10.1631/jzus.A17NT001 Downloaded: 9360 Clicked: 65900 Cited: 0 Commented: 0(p.163-166) <Full Text><PPT> 7355
创新点：1. 发明多软磁相核壳结构复合材料和磁粉绝缘包覆新技术。降低以涡流损耗为主的功率损耗，是软磁复合材料的世界性难题。本项目提出了在软磁粉末基体上原位生成高电阻率软磁壳层，制备多软磁相核壳结构复合材料以降低涡流损耗的新思路，发明了Fe基软磁合金基体与Fe4N/Fe3O4、Fe3O4等高电阻率软磁壳层组成的核壳结构材料。创新了磁粉绝缘包覆技术，发明了分别适用于不同合金磁粉的非均匀形核、溶胶-凝胶和复合绝缘包覆技术。以上发明在保持高磁性能的同时，大幅度抑制了颗粒间涡流，显著降低了功率损耗。2. 发明系列新型高性能软磁合金。创新设计了Fe-Si-M、Fe-Ni-M（M为Mo、Ni、Al或Co）新型晶态软磁合金和Fe-Cu-Nb-Ti-Si-B、Fe-Ni-Al-Si-B纳米晶/非晶软磁新合金，掌握了成分配方对合金相结构、显微组织和磁性能的作用规律及机理，发明了系列新型高性能软磁合金，制备出具有高磁通密度、高直流叠加等不同特性的高性能软磁复合材料产品。3. 创新和集成核心生产与应用技术。发明了新型耐高温粘结剂和有机-无机复合粘结技术，创新和改进了针对不同合金的磁粉制备技术，系统集成相关发明与关键技术，建立了低功耗高性能软磁复合材料成套生产工艺。
成果：项目创新成果已在合作企业全面应用，为新能源汽车、高铁、计算机及国防领域做出了重要贡献，并获得了2016年度国家技术发明奖二等奖。值得一提的是，这已是严密教授团队获得的第二个国家技术发明奖二等奖。2013年度，严密教授团队完成的"钕铁硼晶界组织重构及低成本高性能磁体生产关键技术"项目亦获得国家技术发明奖二等奖。
关键词组：功耗；软磁；复合材料
Articles
Investigation on critical equilibrium of trapped air pocket in water supply pipeline system
Wu-yi Wan, Chen-yu Li, Yun-qi Yu
DOI: 10.1631/jzus.A1600325 Downloaded: 4192 Clicked: 6000 Cited: 0 Commented: 0(p.167-178) <Full Text><PPT> 2266
创新点：1. 设计了具有连续坡角变化的圆弧形驼峰管道实验，该实验可以定量模拟气团体积和平衡角度；2. 建立了驼峰气阻的水头损失经验公式和恒定流情况下驼峰气阻的管道坡角和流速的对应关系式，可用于预测和消除驼峰气阻的危害。
方法：1. 通过驼峰气团的受力特性分析，获得满足量纲和谐的力学平衡方程；2. 采用试验观察和测试获得有无气泡情况下的水头损失和平衡状态下的坡角，通过等价球体方法对测试数据进行无量纲拟合，获得气阻的水头损失方程系数，并通过流速和平衡坡角建立恒定流情况下的临界平衡方程；3. 基于试验拟合获得临界平衡方程，建立预测和评估气阻的准则系数，并提出消除气阻的水流临界流速。
结论：1. 当管路流速较小时，供水管路的驼峰顶端可能滞留和聚集气体，形成驼峰气阻；气体体积越大对水流阻碍越明显，可能造成的水头损失也越大；2. 利用等价球体法可以极大地简化驼峰气阻的形状，并良好地模拟气阻的平衡特性和阻力特性；3. 管道流速是影响驼峰气阻临界平衡位置的最重要因素，通过减小管道起伏的坡角或增加水流流速可以防止和消除驼峰气阻的危害。
关键词组：驼峰管道；管流；滞留气团；水力试验；供水管道
Wei-teng Li, Ning Yang, Ting-chun Li, Yu-hua Zhang, Gang Wang
DOI: 10.1631/jzus.A1600508 Downloaded: 4018 Clicked: 4921 Cited: 0 Commented: 0(p.179-193) <Full Text><PPT> 2276
创新点：1. 引入抗弯和抗压能力的相关性，改进梁单元压弯极限判据；2. 通过FISH语言编程，实现梁单元修正和拱架精确模拟。
方法：1. 通过对FLAC3D中梁单元支撑理论的分析，明确其存在的缺陷，并利用算例进行证实（图4~6）；2. 基于传统强度理论，对梁单元现有压弯极限判据进行改进（图7和8）；3. 通过FISH语言编程，实现梁单元修正模型嵌入（图9）；4. 通过算例分析，对新模拟方法的效果进行验证（图10和13）。
结论：1. 改进了梁单元压弯极限判据，通过FISH语言编程实现了梁单元的修正及拱架屈服失效的模拟。2. 构件压弯试验和巷道拱架支护实例分析表明：修正模型体现了在压弯组合荷载作用下梁单元屈服时弯矩和轴力的相关性；实现程序是有效的且灵敏度较高；提出的新模拟方法使计算偏差得到有效压制，拱架模型呈现出的力学行为及围岩支护作用更加接近实际，计算精度和设计可靠度更高。
关键词组：隧道；拱架；FLAC；梁单元；屈服判据；修正模型
Study on the deformation theory of a parabolic part based on solid granules medium forming
Xiang-dong Jia, Chang-cai Zhao , Jian-chao Li, Liu-yang He
DOI: 10.1631/jzus.A1600408 Downloaded: 2951 Clicked: 4731 Cited: 0 Commented: 0(p.194-211) <Full Text><PPT> 2250
创新点：1. 首次提出了描述固体颗粒介质板材拉深成形变形机理的拉深权和胀形权的概念，并建立了相应的计算公式；2. 建立了固体颗粒介质抛物线型零件软凸模拉深成形的几何条件和应变计算公式。
方法：1. 通过对抛物线型零件固体颗粒介质拉深成形的变形过程分析(图1~3)，将变形过程和成形工件的变形区进行划分；2. 将数学中权函数的思想引入到对抛物线型零件固体颗粒介质拉深成形的分析中，提出拉深权和胀形权的定义及相应表达式(公式(1)和(2))；3. 通过理论推导，构建不同成形阶段抛物线型零件拉深成形过程中的应变计算式(公式(28)~(30)和公式(62a)~(62c))和壁厚计算公式(公式(31)和(63))；4. 利用MATLAB编制抛物线型零件拉深成形应变计算程序(图14)；5. 以某航空零件为目标零件，通过试验试制不同成形条件下不同阶段的抛物线型工件(表2和3)，将理论计算壁厚与实测厚度进行对比(图19)，将试验轮廓与理论计算轮廓进行对比(图21)，验证分析过程中所提假设及理论计算的可行性和正确性；将试验获得成形工件的几何尺寸(表3)代入MATLAB计算程序中，对该航空零件的变形过程进行分析(图15、18、19、21和22)。
结论：1. 固体颗粒介质拉深成形过程是胀形和拉深的复合成形，通过对其变形过程分析，首次提出了拉深权和胀形权的概念，并且给出了其计算公式。成形过程中，拉深权越大，工件成形后的壁厚差越小；胀形权则正好相反。2. 利用拉深权和胀形权，建立了固体颗粒介质软凸模拉深成形变形区应变计算公式，且可以计算出应变分界圆位置半径，为分析固体颗粒介质软凸模拉深成形工艺变形过程提供了新的理论依据。3. 设置合理的成形条件、拉深权的提高和应变分界圆半径的缩小可以降低拉深成形过程中底部的过度减薄，进而提高极限成形高度。
关键词组：固体颗粒介质；软模成形；拉深；拉深权；胀形权；应变
Numerical simulation of gas-liquid flow through a 90° duct bend with a gradual contraction pipe
Dong-fang Hu, Zheng-liang Huang, Jing-yuan Sun, Jing-dai Wang, Zu-wei Liao, Bin-bo Jiang, Jian Yang, Yong-rong Yang
DOI: 10.1631/jzus.A1600016 Downloaded: 3369 Clicked: 4866 Cited: 0 Commented: 0(p.212-224) <Full Text><PPT> 2189
创新点：1. 提出在弯头后的管路中增加缩径管来调整流体的方法；2. 在冷模实验数据验证模拟结果的正确性的基础上，根据CFD模拟得到的管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能分布详细分析了缩径管能起整流作用的原因。
方法：1. 通过冷模实验所得的压力数据与模拟值进行对比，证明模拟所采用模型的正确性；2. 通过对不同流体入口条件模拟结果的比较，找到缩径管的作用规律；3. 通过CFD模拟得到管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能，分析缩径管的整流原理。
结论：1. 模拟所采用的模型可较好地反映管道内的流体流动情况；2. 缩径管能起到很好的整流效果；3. 缩径管可使流体加速，促进流体的快速混合，因此能够使不稳定的流体快速达到稳定状态。
关键词组：90°弯管；缩径管；CFD；均匀分布；流体力学
Dual bed catalyst system for oxidative dehydrogenation of mixed-butenes: a synergistic mechanism
Xiao-yi Li, Dang-guo Cheng, Feng-qiu Chen, Xiao-li Zhan
DOI: 10.1631/jzus.A1600295 Downloaded: 3181 Clicked: 4567 Cited: 0 Commented: 0(p.225-233) <Full Text><PPT> 2133
创新点：1. 提出基于丁烯异构体在床层之间浓度重分布和异构化效应抑制作用的协同作用机理；2. 设计验证实验，从直观角度证实机理，并优化了催化剂的装填量和装填顺序。
方法：1. 通过单一丁烯和混合丁烯的氧化脱氢反应，对单一催化剂和双床层催化剂进行反应评估，得到相关反应数据；2. 通过设计对比实验，从改变参加反应物质的直观角度对协同机理进行验证和解释；3. 对参加反应的双层床催化剂中两种催化剂的装填量和装填顺序进行优化，为进一步研究组合型催化剂提供实验基础。
结论：1. ZnFe2O4对两种2-丁烯有更优的催化效果，而Co9Bi1Fe3Mo12O51对1-丁烯有更优的催化效果，由两者组成的双层床催化体系对单一丁烯和混合丁烯的反应效果都有所提升，证明两种催化剂之间存在协同效应。2. 双层床催化剂体系中，两种催化剂之间的协同作用机理是：催化剂不同活性导致丁烯异构体在床层之间的浓度发生重分布，同时由于多种异构体同时存在抑制了异构化反应。3. 对双层床催化剂体系的装填顺序和装填量的优化结果表明，ZnFe2O4装填在上层，CCo9Bi1Fe3Mo12O51装填在下层，且两者比例处于4:6到6:4之间时催化效果最佳。
关键词组：混合丁烯；氧化脱氢；双层床催化剂体系；协同作用
Diversity in diversification: an analysis of shopping trips in six-week travel diary data
Yi-lin Sun, Ari Tarigan, Owen Waygood, Dian-hai Wang
DOI: 10.1631/jzus.A1500198 Downloaded: 2715 Clicked: 4649 Cited: 0 Commented: 0(p.234-244) <Full Text><PPT> 2021
创新点：1. 使用连续6周的数据进行动态交通行为分析；2. 建立二元逻辑回归模型，识别个体间购物出行模式的异质性。
方法：1. 通过描述性统计分析，解析不同群体之间的购物行为的差异、每周购物天数的分布以及每周每人购物天数的标准偏差（表1、图1和2）；2. 通过回归模型分析，得出解释变量对购物地点和频率的影响结论（表2和3）；3. 构建二元逻辑回归模型，识别个体间购物出行模式的异质性，找出具有常规购物行为的群体（表4）。
结论：1. 低收入和卡尔斯鲁厄居住地对日常购物目的地的多样性呈正影响关系，而全职工作和男性对日常购物目的地的多样性呈负影响关系；2. 连续6周的日常购物出行次数受到35~44岁的年龄范围、2500~2999德国马克的家庭月收入以及市中心居住地区的积极影响；3. 购物地点和频率的多样性是随着个人属性和居住地点以系统的方式变化。
关键词组：购物行为；日常购物；购物地点和频率；购物出行模式；购物出行